解析工程機(jī)械維修中故障樹分析法應(yīng)用

王祥軍

（湖南中鐵五新鋼模有限責(zé)任公司 湖南長沙 410100）

1 引言

當(dāng)前，作為大型施工項(xiàng)目所必需的設(shè)備與器具，工程機(jī)械對我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)起到了至關(guān)重要的作用。在工程機(jī)械發(fā)生故障后，通過故障樹分析方法對工程機(jī)械開展全面的分析，以找到其故障原因和問題所在，進(jìn)而有針對性的開展維修工作。工程機(jī)械的維修自身便是較大的一項(xiàng)工程，發(fā)生的故障也是各式各樣，在故障診斷時(shí)若發(fā)生失誤，將引起極大的物力、人力、財(cái)力損失，并且還不能完成維修工作。在某些大型項(xiàng)目中，工程機(jī)械維修工作如果一旦沒做好，則將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度和質(zhì)量，從而導(dǎo)致公司的經(jīng)濟(jì)和社會效益都將受到重大損失。

2 故障樹分析法及工程概述

2.1 故障樹分析法概述

故障樹分析是一種分析安全性與可靠性的系統(tǒng)工具，1961年在美國的貝爾實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生，其主要采用邏輯門符號、事件符號及轉(zhuǎn)移符號等形式對系統(tǒng)內(nèi)各類事件因果聯(lián)系進(jìn)行描述。故障樹分析方法是將分析系統(tǒng)中最不希望出現(xiàn)的故障情況當(dāng)作故障的研究目標(biāo)，進(jìn)而找到直接引發(fā)此故障的所有因素，接著再找到引起下級事件的所有直接性因素，直到無需再查找原因?yàn)橹埂９收蠘浞治龇ɑ诠收蠘?，對系統(tǒng)中導(dǎo)致故障產(chǎn)生的各類途徑與因素進(jìn)行分析，并在系統(tǒng)維修環(huán)節(jié)，可以有助于診斷的故障及維修方案的改進(jìn)工作。

2.2 工程概述

在西安至成都高鐵隧道施工項(xiàng)目中，采用CHP25B混凝土濕噴機(jī)工程機(jī)械，混凝土噴射量為25m3/h，是該項(xiàng)施工中的重點(diǎn)機(jī)械設(shè)備。此濕噴機(jī)包括主體結(jié)構(gòu)（由前、后支腿，前、后支腿和副車架組成）、機(jī)械手系統(tǒng)（由液壓油缸、傳感器、結(jié)構(gòu)件等組成）、智能控制系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等部分。其中，機(jī)械手系統(tǒng)是濕噴機(jī)的一個(gè)核心部件，主要承擔(dān)噴射混凝土的空間布料、混凝土速凝劑的添加、壓縮空氣混合等主要功能，主要由回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、大臂、小臂、伸縮臂總成、噴頭總成等構(gòu)成?；剞D(zhuǎn)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)由回轉(zhuǎn)減速機(jī)、小齒輪、回轉(zhuǎn)支撐、回轉(zhuǎn)臺等部件組成，其中回轉(zhuǎn)減速機(jī)包含角度傳感器和液壓制動器等。伸縮臂總成由伸縮油缸、滑板、小臂、前伸縮臂、后伸縮臂等結(jié)構(gòu)組成。噴頭總成由360°擺動油缸、240°擺動油缸、360°刷動馬達(dá)、噴嘴等組成。在工程施工進(jìn)程中，機(jī)械手動作靈敏度低的問題，原因?yàn)橹悄芸刂葡到y(tǒng)計(jì)算時(shí)間長、液壓延時(shí)、結(jié)構(gòu)剛度低等。由于混凝土噴射方量大，機(jī)械手動作靈敏度低會造成混凝土的堆積，影響噴射面的平整度和對后續(xù)防水板的鋪設(shè)照成困難。會產(chǎn)生極大危害，所以必須要及時(shí)處理此故障。

3 創(chuàng)建故障樹

創(chuàng)建故障樹主要是利用建立過程以對系統(tǒng)實(shí)施更進(jìn)一步的了解，進(jìn)而找到易于出現(xiàn)故障的部位和環(huán)節(jié)，從而利于維修工作的更好開展，同時(shí)為故障樹的定性研究提供條件。

3.1 建樹方法與流程

故障樹建立前，需收集和研究有關(guān)的技術(shù)資料，存在許多建立方法，針對該案例中故障，選擇演繹法實(shí)施人工建樹過程。演繹法要求由頂事件起，從上至下，循序漸進(jìn)的逐層建樹，主要流程包括：①頂事件分析，找到引發(fā)頂事件的直接性因素，把頂事件當(dāng)作輸出性事件，并把全部的直接因素當(dāng)作輸入性事件，然后按照該事件的實(shí)際邏輯聯(lián)系以適宜的邏輯門進(jìn)行關(guān)聯(lián)。②對每個(gè)和頂事件存在直接關(guān)聯(lián)的輸入事件進(jìn)行分析。若此事件還可以進(jìn)一步被分解，那么將它當(dāng)作下一級輸出事件，按第一步流程對該事件實(shí)施處理。③重復(fù)以上過程，向下逐層進(jìn)行分解，直至輸入事件全部都不再可以被分解或是無需再進(jìn)行分解停止。該類輸入事件便是故障樹系統(tǒng)底事件。

3.2 故障樹的建立

本文針對機(jī)械手動作靈敏度低的故障，采取故障樹分析方法展開系統(tǒng)研究，構(gòu)建故障樹以迅速的找出問題原因，從而使此問題得到及時(shí)處理。先假定以下條件：各個(gè)底事件間互相獨(dú)立；事件都有二值性，并且外界不對其產(chǎn)生干擾；各接頭連接與管路狀況完好。故障樹系統(tǒng)中，底事件、中間事件與頂事件分別以符號X、M、T表示，且樹系統(tǒng)中每個(gè)符號含義為：①頂事件T：機(jī)械手動作靈敏度低；②中間事件M：M1表示控制系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間長，M2表示液壓系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度低，M3表示結(jié)構(gòu)件剛度低，M4表示各臂架見間隙大，M5表示伸縮臂滑板強(qiáng)度低，M6表示前后伸縮臂的外形尺寸出現(xiàn)偏差，M7表示液壓油缸出現(xiàn)內(nèi)外泄；③底事件X：X1表示控制器程序沉余嚴(yán)重，X2表示控制程序量太大，X3表示結(jié)構(gòu)件應(yīng)力大，X4表示臂架見間隙設(shè)計(jì)過大，X5表示伸縮臂滑板強(qiáng)度設(shè)計(jì)不到位，X6表示前后伸縮臂制造工藝出現(xiàn)偏差，X7表示液壓系統(tǒng)控制油量過少，X8表示密封圈受損，X9表示液壓缸出現(xiàn)變形，X10表示液壓缸出現(xiàn)劃痕，X11表示缸體和柱塞配合發(fā)生重大磨損。

4 故障樹分析過程

4.1 故障樹定性分析

定性分析的目的為：找出與系統(tǒng)相關(guān)的且不希望出現(xiàn)的事件因素及因素組合，簡言之，就是要找到造成頂事件的全部故障形式，明辨潛在問題事故。樹系統(tǒng)最小割集即表示一個(gè)故障類型，故障樹的定性分析便是找到所有故障樹的最小割集。常用的最小割集計(jì)算方式包括上行法與下行法等。對于本案例故障，采取“下行法”進(jìn)行最小割集求解。因該故障樹都通過或門組成，所以其最小割集可用{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}，即此類事件若發(fā)生 1 個(gè)，便會引發(fā)頂事件，因此，在故障診斷時(shí)，應(yīng)按照具體工況逐個(gè)開展判斷分析。

4.2 故障診斷

從故障樹系統(tǒng)可知，此故障原因可通過排除法進(jìn)行排查，步驟如下：

（1）通過觀察引起M1控制系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間長的全部底事件X1、X2可知，控制系統(tǒng)程序沒有沉余，且程序量不大，所以控制系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間長不存在，可以排除{X1}、{X2}。

（2）對M7液壓油缸發(fā)生外泄，經(jīng)外部觀察檢測未發(fā)現(xiàn)缸體出現(xiàn)漏油情況，可以排除{X8}、{X9}。對M7油缸發(fā)生內(nèi)泄，使機(jī)械手各個(gè)油缸全部運(yùn)動到極限位置并持續(xù)供油，觀察回油鋼管是否有液壓油流出，表明液壓油缸沒有發(fā)生內(nèi)泄，排除{X10}、{X11}。

（3）對M3結(jié)構(gòu)件剛度問題，通過有限元軟件仿真，判斷出結(jié)構(gòu)件變形較小。并設(shè)計(jì)專用變形測試系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測試表明有限元計(jì)算與實(shí)際測試結(jié)果相似變形都比較小?？蓪⒁蛩貃X3}排除。

（4）通過對液壓系統(tǒng)控制油量的測試發(fā)現(xiàn)，該油量與元件樣本流量相符合，但與液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)油量相比過少，通過與液壓元件的廠家多方溝通、分析、試驗(yàn)并定制液壓元件閥芯，使之滿足濕噴機(jī)機(jī)械手這種特殊工況下的控制油量的需求。在完成裝配后再重新啟動液壓系統(tǒng)，通過運(yùn)行試驗(yàn)可看到機(jī)械手的動作靈敏度得到大幅度的提升，因此可明確故障因素是X7。

5 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械工程對于項(xiàng)目工程建設(shè)發(fā)揮著重大作用，可以有效推動企業(yè)的發(fā)展，為國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了重要條件。所以，應(yīng)高度重視工程機(jī)械的維修工作，并采取合理、有效的故障樹分析方法開展故障分析，從而不斷提升機(jī)械設(shè)備的維修工作效率。利用故障樹的定性分析，能夠快速找到故障產(chǎn)生原因，從而避免了許多無必要性的工作，節(jié)約了時(shí)間，并得到了良好的診斷效果。